Общая характеристика зеленых водорослей. Особенности размножения водорослей

Имеющие зеленую окраску, обусловленную наличием хлорофилла. Известно около 500 родов и 20 тысяч видов зеленых водорослей, распространенных преимущественно в пресных водоемах и на увлажненных участках суши. Например, хламидомонада, хлорелла, улотрикс, вольвокс. Изредка представители данного отдела встречаются в морях, иногда в почве и на стволах деревьев.

К данной группе относятся одноклеточные и колониальные водоросли планктона, а также многоклеточные виды, составляющие бентос. В составе планктона могут провоцировать «цветение» воды. В этом случае с зелеными водорослями ведут борьбу.

Таллом. Характерной особенностью этих растительных организмов является зеленая окраска талломов, похожая на таковую высших растений, благодаря преобладанию хлорофилла над другими пигментами. Размеры варьируют от несколько микрон до нескольких метров. У представителей группы, кроме одноклеточных, встречаются все морфологические виды слоевищ (талломов): паренхиматозный, монадный, коккоидный, пальмеллоидный, трихальный, сарциноидный, т.д.

Строение клеток. Внутреннее и внешнее строение клеток водорослей разнообразно. Клетки могут быть покрыты клеточной оболочкой или голые. Основной структурный элемент клеточной стенки – целлюлоза. Для некоторых видов водорослей характерно наличие жгутикового аппарата, состоящего из различного числа жгутиков.

В каждой клетке зеленых водорослей имеются хлоропласты. Они отличаются по размерам и форме. Могут быть сетчатыми, кольцевидными, спирально-закрученными, т.д. Строение хлоропластов водорослей сходно с высшими растениями. Благодаря этому, водоросли способны к автотрофному питанию. Есть среди растений этой группы и миксотрофы, которые получают питательные вещества не только в процессе фотосинтеза, но и всасывают растворенные в воде органические вещества. По всему хлоропласту распределены молекулы ДНК в виде небольших сферических образований.

Некоторые представители зеленых водорослей имеют красную или оранжевую окраску из-за скопления вне хлоропласта каротиноидных пигментов и их производных – гематохрома. Для ряда сифоновых водорослей свойственно наличие прозрачных амилопластов, содержащих крахмал. Также в цитоплазме и строме хлоропластов могут накапливаться липиды. Важный элемент клеток многих видов водорослей – светочувствительный глазок, благодаря чему клетка способна перемещаться к освещенному месту.

Размножение. Характерно как бесполое, так и половое размножение. Бесполое размножение происходит посредством зооспор. При вегетативном размножении особи делятся либо распадаются на отдельные части. Половой путь подразумевает слияние гамет с образованием зигоспор или ооспор.

Зеленые водоросли широко распространены по всему земному шару. Многие виды имеют хозяйственное значение, в частности как индикаторы загрязнения пресных водоемов, а также для очищения и доочистки сточных вод. Зеленые водоросли являются самой распространенной группой водных растений в аквариумах. В рыбных хозяйствах водоросли используются как корм для рыб. Некоторые виды употребляются человеком в пищу. В промышленности из одних видов получают каротиноиды, из других – липиды. Представители зеленых водорослей являются объектами изучения генной инженерии.

Водорослям присуще как половое, так и бесполое размножение, которое может проходить вегетативным путём (отрыв участков слоевища) или с помощью спорообразования. Водоросли образуют два типа спор: подвижные, имеющие жгутики (зооспоры) и неподвижные, безжгутиковые (апланоспоры).

Половое размножение осуществляется в четырёх основных формах.

1. хологамия – сливаются неспециализированные клетки-организмы. Она присуща низкоорганизованным одноклеточным водорослям

2. изогамия – гаметы одинаковые (нет разделения полов)

3. гетерогамия – гаметы морфологически одинаковы, но различаются физиологически или генетически (есть разделение полов)

4. оогамия – гаметы различаются по строению и подвижности: яйцеклетка крупная и неподвижная, а сперматозоиды мелкие и снабжены жгутиком.

Кроме этих четырёх способов полового размножения водорослям присущ половой процесс (но не размножение) в виде конъюгации . При этом происходит слияние двух неспециализированных клеток слоевища. Сначала слоевища водорослей сближаются, затем между клетками двух особей образуется цитоплазматический мостик, по которому содержимое одной клетки перетекает в другую. После слияния ядер образуется диплоидная зигота.

3. Отдел Зеленые водоросли. Особенности строения и размножения.

Отдел Зелёные водоросли – достаточно многочисленная группа водорослей (13.000), обитающих в пресных и солёных водоёмах, редко на почве. В эту группу входят одноклеточные, многоклеточные и колониальные организмы. Для многоклеточных зелёных водорослей наиболее распространённой формой слоевища является нитчатая и пластинчатая.

Зелёные водоросли – это относительно низкоорганизованная и неспециализированная группа водорослей. На основании этого многие учёные считают, что именно зелёные водоросли дали начало высшим наземным растениям.

Особенности строения клетки зелёных водорослей

· клеточная стенка состоит из углеводов, строение которых как у высших растений.

· хроматофоры (1 крупный или несколько мелких) разнообразны по строению (звездчатые, сетчатые, пластинчатые, спиральные), но редко в виде двояковыпуклой линзы

· всегда есть пиреноиды, вокруг которых откладывается крахмал

· в фотосинтезе участвуют хлорофиллы А и В, в качестве дополнительных пигментов выступают каротиноиды (каротины, ксантофиллы)

· в качестве запасного вещества выступает крахмал

Особенности размножения зелёных водорослей

У зелёных водорослей отмечается как бесполое, так и половое размножение, причём половое размножение может отличаться у разных видов. Для большинства видов зелёных водорослей основной фазой в онтогенезе является гаметофит, диплоидной стадией в жизненном цикле является только зигота (примитивная черта организации).

Жизненный цикл зелёных водорослей разберём на примере хламидомонады и спирогиры.

Это одноклеточная подвижная двужгутиковая водоросль с чашевидным хроматофором. Сам организм гаплоидный, в благоприятных условиях он размножается с помощью зооспор. Клетка останавливается, теряет жгутики и несколько раз делится митозом. В результате под оболочкой материнской клетки образуется 4 или 8 гаплоидных двужгутиковых спор. Затем оболочка материнской клетки разрывается, зооспоры выходят в воду и прорастают во взрослое растение.

При наступлении неблагоприятных условий происходит половой процесс в форме хологамии. Две хламидомонады сближаются, теряют жгутики и сливаются с образованием зиготы. Зигота покрывается очень плотной оболочкой и опускается на дно. Зигота будет находиться в стадии покоя до наступления благоприятных условий. Потом она поделится мейозом с образование 4-х гаплоидных клеток, каждая из которых даст начало новому организму. Половой процесс происходит и в случае перенаселения водоёма.

С п и р о г и р а – одна из самых распространённых зелёных нитчатых водорослей в пресноводных бассейнах. Длинные нити слоевищ образуют тину ярко-зелёного цвета, свободно плавающую в воде.

Нити спирогиры состоят из одного ряда одинаковых, вытянутых, цилиндрических клеток, имеющих длину от нескольких миллиметров до 8-10см. Каждая клетка покрыта двухслойной оболочкой, окруженной слизистым чехлом. Хроматофоры (1-3) имеют вид спирально закрученной ленты. Крупное ядро как бы подвешено в центре клетки на тяжах цитоплазмы.

В течение лета спирогира может размножаться неподвижными спорами, или вегетативно – случайным разрывом нити. Из каждого отрезка нити образуются новые нити.

Для спирогиры характерен половой процесс в виде конъюгации . Специальных половых клеток не возникает. Две внешне сходные нити спирогиры сближаются, располагаясь параллельно. В участке соприкосновения обра­зуются выросты, через которые содержимое одной клет­ки переливается в другую. Ядра сливаются, зигота по­крывается плотной оболочкой и опускается на дно водоёма. Через некоторое время зигота прорастает. При этом её диплоидное ядро делится мейотически, образуя 4 гаплоидных ядра. Ядра неодинаковы по размеру: одно – крупное и три мелкие, они вскоре погибают. Из крупного ядра вместе с содержимым зиготы образует проросток новой особи, который дает начало новой нити. Таким образом, жизненный цикл спирогиры проходит в гаплоидной фазе, диплоидна только зигота.

Другими представителями зелёных водорослей являются спирогира, улотрикс (нитчатые формы) и ульва (пластинчатая форма). Таким образом, отдел зелёные водоросли – это неспециализированная группа водорослей, у которой цитологические и биологические черты весьма сходны с высшими растениями.

4. Отдел Зеленые водоросли. Экология и значение.

Большинство зелёных водорослей пресноводные организмы, обитающие в стоячих или проточных водоёмах с раной степенью чистоты воды. Например, одноклеточные планктонные водоросли хламидомонада и хлорелла обитают в водоёмах, загрязнённых органическими и неорганическими веществами. При их массовом размножение наблюдается цветение воды (вода зелёного цвета и непрозрачна). С другой стороны, нитчатая водоросль спирогира обитает исключительно в чистых проточных водоёмах.

Зелёные водоросли, населяющие морские водоёмы практически не имеют конкурентов в лице высших растений. Обитают на глубине от Х см до 200м.

Морские водоросли могут быть планктонными (одноклеточные водоросли, находящиеся во взвешенном состоянии в толще воды) и бентосными (прикреплены ко дну с помощью ризоидов – ульва). Самые глубоководные (200м и >) – красные водоросли.

Осенью близ побережий некоторых тёплых морей наблюдаются «красные приливы». Они связаны с размножением микроскопической водоросли – динофлагелятты .

Водоросли могут обитать и на суше, но только на сильно увлажненной почве. Часто наземные водоросли являются эпифитами , населяют стволы деревьев, здания, скалы (где есть много влаги).

Почвенные водоросли имеют микроскопические размеры, они широко встречаются в почвах большинства климатических зон. Играют большую роль в почвообразовании.

Водоросли снега и льда также микроскопически малы: глазом заметны только их большие скопления. Наибольшую известность с давних времён получило явление «красного снега», обусловленное одним из видов хламидомонады снежной. Красная окраска обусловлена каратиноидами, и является защитой от солнечных лучей (прежде всего УФ).

ЗЕЛЁНЫЕ ВОДОРОСЛИ (Chlorophycota, Chlorophyta), отдел водорослей. Одноклеточные, многоклеточные (нитчатые и пластинчатые) и сифональные (неклеточные) организмы. Большинство окрашены в различные оттенки зелёного цвета, обусловленного преобладанием зелёного пигмента хлорофилла (типы а и b) над другими пигментами (каротиноидами). Размер многих зелёных водорослей микроскопический, но есть виды (например, кодиум большой, Codium magnum), достигающие в ширину 25 см при длине более 8 м. Клетки одноядерные и многоядерные, основной компонент клеточной стенки - целлюлоза. Хлоропласты не связаны с мембранами эндоплазматической сети или ядра; тилакоиды в стопках по 2-6 и более. Равные или неравные по длине жгутики (чаще всего 2) могут быть покрыты нежным «войлоком» или чешуйками; в зоне выхода их из клетки находится девятиконечное звездчатое тело. Светочувствительный глазок (стигма) встречается у многих подвижных водорослей, а также у гамет и зооспор неподвижных форм; как фоторецептор он обеспечивает фототаксис. Запасное вещество клеток - крахмал; образуется на поверхности особых белковых телец (пиреноидов), расположенных обычно внутри хлоропласта. У зелёных водорослей встречаются все основные типы вегетативного, бесполого и полового размножения. Они насчитывают 13-20 тысяч видов, свыше 500 родов. Обитают в пресных водоёмах (90%), а также в морях, самые глубоководные морские зелёные водоросли (обнаружены на глубине 84 м) относятся к роду кодиум. Некоторые зелёные водоросли живут в почве, на снегу, деревьях, скалах, различных постройках и т. п. Многие зелёные водоросли являются компонентами лишайников и симбионтами животных.

Устоявшейся системы классификации зелёных водорослей до сих пор не существует. Наиболее определённые единицы классификации - порядки, но в классы их группируют в различных системах по-разному. Наибольшие разногласия до сих пор вызывает положение в системе двух групп - харовых водорослей и сцеплянок, или конъюгат, которые в современных системах или включают в отдел зелёных водорослей, или выделяют в самостоятельные отделы. Среди зелёных водрослей - представители вольвоксовых, десмидеевых, зигнемовых, улотриксовых водорослей и многих других порядков. Массовое развитие микроскопических зелёных водорослей вызывает «цветение» воды, снега, коры деревьев и т.п. Способность многих зелёных водорослей всасывать всей поверхностью тела растворённые в воде органические вещества (наряду с автотрофным типом питания) ускоряет процессы естественного самоочищения загрязнённых водоёмов, в которых они очень быстро размножаются. Благодаря этому свойству их используют в качестве биоиндикаторов загрязнённых вод. Зелёные водоросли служат кормом в рыбохозяйственных водоёмах. Некоторые виды (из родов ульва, кодиум и др.) употребляют в пищу. Ведутся исследования по промышленному культивированию одноклеточных зелёных водорослей (хлорелла, сценедесмус и др.) в качестве источника пищи и корма и для регенерации воздуха в замкнутых системах (космические корабли, подводные лодки).

Лит.: Саут Р., Уиттик А. Основы альгологии. М., 1990.

Таллом

У зелёных водорослей известны следующие типы дифференциации таллома :

1. монадный (например, Chlamydomonas , Volvox , Gonium , Dictyosphaerium");
2. пальмеллоидный, или тетраспоральный (Tetraspora , Sphaerocystis );
3. коккоидный (Chlorella , Hydrodictyon );
4. сарциноидный (Chlorosarcinopsis );
5. трихальный, или нитчатый (Ulothrix , Spirogyra );
6. гетеротрихальный, или разнонитчатый (Chara , Stigeoclonium );
7. псевдопаренхиматозный (Protoderma );
8. паренхиматозный (Ulva , Ulvaria );
9. сифональный (Caulerpa , Bryopsis );
10. сифонокладальный (Cladophora , Dictyospheria ).

Строение клетки

Жгутиковый аппарат

Монадные клетки и стадии зелёных водорослей изоконтные, редко гетероконтные. Количество жгутиков на одну клетку у них может быть различным - 1, 2, 4, 8, 16 и более (до 120). У эдогониевых и некоторых бриопсидовых многочисленные жгутики собраны в виде венчика на переднем конце клетки; такие клетки называются стефаноконтными . Характерной особенностью переходной зоны жгутиков зелёных водорослей является наличие в ней звёздчатого тела. Жгутики зелёных водорослей не имеют мастигонем (в отличие от гетероконт), но могут иметь изящные волоски или чешуйки.

Клеточная стенка

В классах хлорофициевые и празинофициевые встречаются водоросли, у которых клетки голые и лишены клеточной стенки . У мезостигмовых и многих празинофициевых поверх плазмалеммы откладываются органические чешуйки. Они встречаются у подвижных клеток ряда ульвовых и харовых водорослей. Присутствие органических чешуек на подвижных клетках - признак, по-видимому, примитивный. Более прогрессивным считается появление теки у празинофициевых и затем у хлорофициевых. Тека у хлорофициевых состоит из гликопротеинов , богатых гидроксипролином и связанных с различными олигосахаридами .

Экология и значение

Зелёные водоросли широко распространены по всему миру. Большинство из них можно встретить в пресных водоёмах (представители харофитов и хлорофициевых), но немало солоноватоводных и морских форм (большинство представителей класса ульвофициевых). Они встречаются в водоёмах различной трофности (от дистрофных до эвтрофных) и с различным содержанием органических веществ (от ксено- до полисапробных), водородных ионов (от щелочных до кислых), при различных температурах (термо-, мезо- и криофильные виды). Среди них есть планктонные , перифитонные и бентосные формы. В группе морских пикопланктонных представителей празинофициевая водоросль Ostreococcus tauri считается самой маленькой эукариотной свободноживущей клеткой. Есть зелёные водоросли, которые приспособились к жизни в почве и наземных местообитаниях. Их можно встретить на коре деревьев, скалах, различных постройках, на поверхности почв и в толще воздуха. Среди них в этих местообитаниях особенно распространены представители родов Trentepohlia и Trebuxia . Массовое развитие микроскопических зелёных водорослей вызывает «цветение » воды, почвы, снега, коры деревьев и т. д. Так, Chlamydomonas nivalis можно обнаружить высоко в горах на снегу, окрашенном в красный цвет . У этого вида хлорофилл маскируется каротиноидными пигментами.

Своеобразную экологическую группу представляют эндолитофитные водоросли, связанные с известковым субстратом. Во-первых, это - сверлящие водоросли. Например, водоросли из рода Gomontia сверлят раковины перловиц и беззубок, внедряются в известковый субстрат в пресных водоёмах. Они делают известковый субстрат рыхлым, легко поддающимся различным воздействиям химических и физических факторов. Во-вторых, ряд водорослей в пресных и морских водоёмах способны переводить растворённые в воде соли кальция в нерастворимые и отлагающие их на своих талломах. Ряд тропических зелёных водорослей, в частности Halimeda , откладывает в талломе карбонат кальция . Они принимают активное участие в постройке рифов . Гигантские залежи останков Halimeda , иногда достигающие 50 м в высоту, встречаются в континентальных шельфовых водах, связанных с Большим Барьерным рифом в Австралии и других регионах, на глубине от 12 до 100 м.

Зелёные водоросли (класс требуксиофициевые), вступая в симбиотические отношения с грибами , входят в состав лишайников . Около 85 % лишайников содержат одноклеточные и нитчатые зелёные водоросли в качестве фитобионта, 10 % лишайников содержат цианобактериальных партнёров и 4 % (и более) содержат цанобактерии и зелёные водоросли. В качестве эндосимбионтов они существуют в клетках простейших , гидр , губок и некоторых плоских червях . Даже хлоропласты отдельных сифоновых водорослей, например Codium , становятся симбионтами для голожаберных моллюсков . Эти животные питаются водорослями, хлоропласты которых остаются жизнеспособными в клетках дыхательной полости, причём на свету они очень эффективно фотосинтезируют. Ряд зелёных водорослей развивается на шерсти млекопитающих .

Ряд зелёных водорослей имеют хозяйственное значение. Их используют как индикаторные организмы в системе мониторинга водных экосистем. Например, Агентство по защите окружающей среды США рекомендует использовать в тестах для пресных вод такие индикаторные организмы, как Selenastrum capricornutum и Scenedesmus subspicatus . Зелёные водоросли находят применение для очистки и доочистки загрязнённых вод, а также как корм в рыбохозяйственных водоёмах. Некоторые виды используются населением ряда стран в пищу. Для этих целей, например, в Японии, специально культивируют Ulva и Enteromorpha . Отдельные виды зелёных водорослей используют в качестве продуцентов физиологически активных веществ. Так, виды рода Haematococcus культивируют в промышленных масштабах для получения каротиноида астаксантина , Botryococcus - для получения липидов . В то же время с «цветением» воды одного из озёр на Тайване, вызванного Botryococcus , связывают гибель рыб.

Виды родов Chlorella и Chlamydomonas - модельные объекты для изучения фотосинтеза в растительных клетках. Гигантские многоядерные талломы Acetabularia , многоклеточные талломы Chara и одноклеточных представителей Dunaliella и Chlamydomonada в генной инженерии используют как объекты для трансформации.

Филогения

Наличие хлоропластов, у которых оболочка состоит из двух мембран, собранных в стопки тилакоидов, хлорофиллов a и b , каротиноидов (лютеин, β-каротин) и крахмала, который откладывается в хлоропласте, - главные синапоморфные признаки, отличающие зелёные водоросли и сестринскую им группу стрептофитов от других линий эукариот. Монофилетичное происхождение всех зелёных растений поддерживает филогенетический анализ, основанный на сравнении последовательностей 18S рРНК у различных линий эукариот. Этот анализ показал разделение всех зелёных растений на две важнейшие группы - отдел Chlorophyta s. str. Sluiman 1985 и Streptophyta Bremer 1985. Внутри монофилетической группы Chlorophyta s. str. имеются четыре независимые эволюционные линии - классы Chlorophyceae , Trebouxiophyceae , Ulvophyceae и Prasinophyceae . Последний класс представляет собой полифилетичную группу, которая отделилась при основании Chlorophyta . Внутри группы Streptophyta выделяют две линии - высшие растения и харофиты. Обращает на себя внимание положение Mesostigma viride , которую ранее относили к празинофициевым водорослям. На сегодняшний день существуют две точки зрения на её положение: 1) она выделилась на раннем этапе в ветви стрептофит; 2) место её отхождения связано с разделением всех зелёных растений на две основные группы.

Какое значение имеют зеленые водоросли, Вы узнаете из этой статьи.

Значение зеленых водорослей

Что такое зеленые водоросли?

Зеленые водоросли принадлежат к отделу низших растений, которые имеют разную морфологическую структуру и размеры. Они в себе содержат каротиноиды и пластины хлорофилла. Зеленые водоросли бывают многоклеточной и одноклеточной формы. Имеют запасное вещество – крахмал, иногда масла. Примечательно, что одноклеточные зеленые водоросли обитают не только в водной среде, но и в почве или на снегу. А вот многоклеточные растения обитают в верхних слоях водоемов, что обусловлено осуществлением продуктивного процесса фотосинтеза.

Каково значение в природе зеленых водорослей?

1. Они являются важной цепочкой в пищеварении молодых рыб, зоопланктона.

2. Зеленые водоросли в большом количестве снабжают водную среду кислородом.

3. Играют роль биологического фильтра для очистки воды – клетки зеленой водоросли всасывают органические вещества, растворенные в воде через оболочку клетки.

4. Некоторые зеленые водоросли вступают с червями, инфузориями и гидрами в симбиоз. Таким образом, они снабжают своего носителя хлоропластами. А молюски, питаясь такими водорослями, обогащают клетки дыхательной полости хлоропластами, которые находясь в чужом теле, эффективно фотосинтезируют.

Зеленые водоросли значение в жизни человека

1. Зеленые протококковые водоросли содержат в себе питательные и другие ценные соединения, которые обладают высокопродуктивными свойствами. Благодаря минимальным затратам, которые тратятся на их выращивание, данный тип водорослей используется как сырье для получения хлорофилла, витаминов. Их используют в качестве кормов для сельскохозяйственных животных.

2. Нитчатые зеленые водоросли используются в промышленности — из них изготавливают прочную бумагу высокого сорта, получают этиловый и винный спирты, ацетон и тому подобное.

3. Некоторые виды используются населением ряда стран в пищу. Для этих целей, например, в Японии, специально культивируют Ulva и Enteromorpha.

4. Отдельные виды зеленых водорослей используют как продуценты физиологически активных веществ. Виды рода Haematococcus культивируют в промышленных масштабах для получения каротиноиды астаксантина, Botryococcus — для получения липидов.

Надеемся, что из этой статьи Вы узнали, каково значение зеленых водорослей.